蛋白质结构的组织形式
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离子型
(1) α型结构(αstructure)
▪结构特征：这类蛋白质主要由α螺旋组 成，其螺旋含量一般在60％以上，有的高 达80％。α螺旋在这类蛋白质中大多以反 平行方式排布和堆积，所以又称反平行α 结构。
▪ 按照螺旋排布的不同拓扑学特征，又可分
为一些亚组。肌红蛋白、血红蛋白、烟草 花叶外壳蛋白、细胞色素b，等均属此类结 构。
2、英国化学家 Bernal 又使用四级结构 来描述复杂多肽链蛋白质分子的亚基结构
3、随着大量天然蛋白质的结构测定及以 此为基础的综合分析，在二级结构与三级 结构之间又发现了结构模体(超二级结构) 和结构域，从而揭示了蛋白质结构的丰富 层次体系(structure hirarchy)
一、蛋白质的结构层次
▪特征：
1、结构域是蛋白质三级结构的基本单位，它可由一 条多肽链(在单域蛋白质中)或多肽链的一部分(在 多域蛋白质中)独立折叠形成稳定的三级结构
2、一个分子中的结构域区之间以共价键相连接，这 是与蛋白质亚基结构(非共价缔合)的基本区别
3、一般说来，较大的蛋白质都有多个结构域存在， 它们可以不同的方式组合，从而以有限类型的结 构域组合成极为复杂多样的蛋白质整体结构
β-α-β模体
1、对于在序列上是连续的相 邻的两股β链，多肽链必须从 β层的一端穿到另一端才能将 两个相邻的链连接。这种交叉 连接常常由α螺旋来实现 2、α螺旋将一股链的氨基连 接起来，通常螺旋轴近似地平 行于β 链。 3、连接β 链的羧端与α链的 氨端的环肽常常是蛋白质功能 结合部位或活性位置的组成部 分
motif)
a、DNA结合模体（DNAbinding motif）：专一地 与DNA结合。λCro、阻 遏蛋白等中发现
b、钙结合模体（calciumbinding motif)：对钙结合 专一，又称“EF手”。 小白蛋白、钙调蛋白、肌 钙蛋白等
超二级结构特征描述
▪ 序列模式：是指蛋白质一段肽链上
4、结构域常常是功能单位，不同的结构域常常与蛋 白质的不同功能相关联
二、蛋白质结构分类
▪按结构域分类 ▪系统性分类
蛋白质结构分类－－按 结构域分类
(1)α型结构(αstructure) (2)β型结构(β structure) (3) α/β型结构 (4) α+β型结构 (5) 无规型／富含二硫键和金属
蛋白质结构与功能
第一章 蛋白质结构的基本组件 第二章 蛋白质结构的组织形式
第三节 蛋白质结构的形成 —多肽链的生物合成与折叠
第四章 蛋白质的结构与功能
第二节 蛋白质结构的组织形式
一、蛋白质结构的层次体系 二、蛋白质结构分类
一、蛋白质结构的层次体系
1、丹麦生物化学家 Kai Linderstram 首 先将蛋白质结构划分为一级、二级和三级 结构
α型结构(αstructure)分类
(1) 线绕式α螺旋(coiled-coil α helix)：纤维蛋白的结构基础，有足够 强度和柔性
(2) 四螺旋束 (four helix bundle) (3) 珠状折叠(globin fold)：血红蛋白 (4) 复杂螺旋组合
在膜蛋白中，跨膜区域常常是α螺旋，它的表面由 疏水侧链覆盖以适应膜内的疏水环境
α螺旋 β折叠
环链区
三磷酸甘油醛异构酶
α螺旋相对于β链堆积，将β链的疏水残基于 溶剂屏蔽开来。 环链区的长度有很大的不同
反平行β层回纹模体
▪ 希腊钥匙型模体 ▪ 这类模体并不与特定的功能相关
结构域1
-螺旋
结构域2
二硫键
-转角
-折叠
葡萄球菌 核酸酶
螺旋-转折-螺旋模体 （helix-turn-helix
蛋
一级结构
白
质
的
结 构 层 次
二级结构 空间结构 三级结构
超二级结构 结构域
四级结构
蛋白质结构的主要层次
一级结构 指蛋白质分子中的氨基酸的排列顺序 二级结构 指蛋白质多肽链的主链骨架中的若干肽段的构象，排列。所 有蛋白质的主链结构相同，长短不同 三级结构 指多肽链在二级结构的基础上，各原子的空间排布，包括侧 链基团的取向，是二级结构的基础上范围更广的盘旋和折叠 四级结构 是指多条肽链组成的一个蛋白质分子时，各亚单位在寡聚蛋 白质中空间排布及亚单位间的相互作用
结构模体(motif，structural motif）
▪ motif ：相邻的二级结构单元组合在一起，彼此
相互作用，形成规则排列的组合体,以同一结构模 式出现在不同的蛋白质中，这些组合体称为结构 模体（或基序，或超二级结构）
▪ 特征：结构模体是一类超二级结构
(supersecondary structure)．它们是三级结构
形成的左手超螺旋。两螺旋的排列如图，是纤 维状蛋白质的主要结构元件；
ββ（发夹式β模体）
▪ 在反平行β结构中发现
最多
▪ 可作为单独的组合单位
存在，也可使更为复杂 的β层的一部分
▪ β层在序列上相邻的β
链都有强烈倾向形成这 种模体，但大多由2-5 个残基构成
▪ 没有特定的功能与这类
模体相关联
半环扁尾蛇毒素
每一残基构象和其氨基酸序列的关 系，描述的是蛋白质空间结构与氨 基酸序列的关系。
▪ 每一类型的超二级结构都有确定的
序列模式
▪ 应用：从蛋白质一级结构中预测哪
一段肽链含有哪种类型的基序。
疏水性分析
▪ 疏水性分析：超二级结构中各残基
对溶剂的相对亲水和疏水性的性质， 是超二级结构的一个重要结构特征。
▪ 比如研究表明，一些超二级结构的
的建筑模块。有的模体与特定的功能相关，如与
DNA结合；许多模体并没有专一的生物功能，只是
大结构和组装体的一个组成部分
结构模体(motif，structural motif）
▪ αα模体 ▪ ββ模体（发夹式β模体） ▪ βαβ模体 ▪ 反平行β层回纹模体 ▪ 螺旋ຫໍສະໝຸດ Baidu转折-螺旋模体
αα
▪ αα：常为两股平行或反平行的右手螺旋段缠绕
连接肽的残基全部为亲水的，它们 所有的残基都在蛋白质分子的表面。
氢键模式的分析
▪ 超二级结构中氢键模式的分析
➢主要研究连接肽之间的氢键的形成情
况
➢应用：根据研究结果可以建立模型，
进行结构预测等
结构域(domain)
▪ 概念： 二级结构和结构模体以特定的
方式组织连接，在蛋白质分子中形成两 个或多个在空间上可以明显区分的三级 折叠实体，称为结构域(domain)
(1) α型结构(αstructure)
▪结构特征：这类蛋白质主要由α螺旋组 成，其螺旋含量一般在60％以上，有的高 达80％。α螺旋在这类蛋白质中大多以反 平行方式排布和堆积，所以又称反平行α 结构。
▪ 按照螺旋排布的不同拓扑学特征，又可分
为一些亚组。肌红蛋白、血红蛋白、烟草 花叶外壳蛋白、细胞色素b，等均属此类结 构。
2、英国化学家 Bernal 又使用四级结构 来描述复杂多肽链蛋白质分子的亚基结构
3、随着大量天然蛋白质的结构测定及以 此为基础的综合分析，在二级结构与三级 结构之间又发现了结构模体(超二级结构) 和结构域，从而揭示了蛋白质结构的丰富 层次体系(structure hirarchy)
一、蛋白质的结构层次
▪特征：
1、结构域是蛋白质三级结构的基本单位，它可由一 条多肽链(在单域蛋白质中)或多肽链的一部分(在 多域蛋白质中)独立折叠形成稳定的三级结构
2、一个分子中的结构域区之间以共价键相连接，这 是与蛋白质亚基结构(非共价缔合)的基本区别
3、一般说来，较大的蛋白质都有多个结构域存在， 它们可以不同的方式组合，从而以有限类型的结 构域组合成极为复杂多样的蛋白质整体结构
β-α-β模体
1、对于在序列上是连续的相 邻的两股β链，多肽链必须从 β层的一端穿到另一端才能将 两个相邻的链连接。这种交叉 连接常常由α螺旋来实现 2、α螺旋将一股链的氨基连 接起来，通常螺旋轴近似地平 行于β 链。 3、连接β 链的羧端与α链的 氨端的环肽常常是蛋白质功能 结合部位或活性位置的组成部 分
motif)
a、DNA结合模体（DNAbinding motif）：专一地 与DNA结合。λCro、阻 遏蛋白等中发现
b、钙结合模体（calciumbinding motif)：对钙结合 专一，又称“EF手”。 小白蛋白、钙调蛋白、肌 钙蛋白等
超二级结构特征描述
▪ 序列模式：是指蛋白质一段肽链上
4、结构域常常是功能单位，不同的结构域常常与蛋 白质的不同功能相关联
二、蛋白质结构分类
▪按结构域分类 ▪系统性分类
蛋白质结构分类－－按 结构域分类
(1)α型结构(αstructure) (2)β型结构(β structure) (3) α/β型结构 (4) α+β型结构 (5) 无规型／富含二硫键和金属
蛋白质结构与功能
第一章 蛋白质结构的基本组件 第二章 蛋白质结构的组织形式
第三节 蛋白质结构的形成 —多肽链的生物合成与折叠
第四章 蛋白质的结构与功能
第二节 蛋白质结构的组织形式
一、蛋白质结构的层次体系 二、蛋白质结构分类
一、蛋白质结构的层次体系
1、丹麦生物化学家 Kai Linderstram 首 先将蛋白质结构划分为一级、二级和三级 结构
α型结构(αstructure)分类
(1) 线绕式α螺旋(coiled-coil α helix)：纤维蛋白的结构基础，有足够 强度和柔性
(2) 四螺旋束 (four helix bundle) (3) 珠状折叠(globin fold)：血红蛋白 (4) 复杂螺旋组合
在膜蛋白中，跨膜区域常常是α螺旋，它的表面由 疏水侧链覆盖以适应膜内的疏水环境
α螺旋 β折叠
环链区
三磷酸甘油醛异构酶
α螺旋相对于β链堆积，将β链的疏水残基于 溶剂屏蔽开来。 环链区的长度有很大的不同
反平行β层回纹模体
▪ 希腊钥匙型模体 ▪ 这类模体并不与特定的功能相关
结构域1
-螺旋
结构域2
二硫键
-转角
-折叠
葡萄球菌 核酸酶
螺旋-转折-螺旋模体 （helix-turn-helix
蛋
一级结构
白
质
的
结 构 层 次
二级结构 空间结构 三级结构
超二级结构 结构域
四级结构
蛋白质结构的主要层次
一级结构 指蛋白质分子中的氨基酸的排列顺序 二级结构 指蛋白质多肽链的主链骨架中的若干肽段的构象，排列。所 有蛋白质的主链结构相同，长短不同 三级结构 指多肽链在二级结构的基础上，各原子的空间排布，包括侧 链基团的取向，是二级结构的基础上范围更广的盘旋和折叠 四级结构 是指多条肽链组成的一个蛋白质分子时，各亚单位在寡聚蛋 白质中空间排布及亚单位间的相互作用
结构模体(motif，structural motif）
▪ motif ：相邻的二级结构单元组合在一起，彼此
相互作用，形成规则排列的组合体,以同一结构模 式出现在不同的蛋白质中，这些组合体称为结构 模体（或基序，或超二级结构）
▪ 特征：结构模体是一类超二级结构
(supersecondary structure)．它们是三级结构
形成的左手超螺旋。两螺旋的排列如图，是纤 维状蛋白质的主要结构元件；
ββ（发夹式β模体）
▪ 在反平行β结构中发现
最多
▪ 可作为单独的组合单位
存在，也可使更为复杂 的β层的一部分
▪ β层在序列上相邻的β
链都有强烈倾向形成这 种模体，但大多由2-5 个残基构成
▪ 没有特定的功能与这类
模体相关联
半环扁尾蛇毒素
每一残基构象和其氨基酸序列的关 系，描述的是蛋白质空间结构与氨 基酸序列的关系。
▪ 每一类型的超二级结构都有确定的
序列模式
▪ 应用：从蛋白质一级结构中预测哪
一段肽链含有哪种类型的基序。
疏水性分析
▪ 疏水性分析：超二级结构中各残基
对溶剂的相对亲水和疏水性的性质， 是超二级结构的一个重要结构特征。
▪ 比如研究表明，一些超二级结构的
的建筑模块。有的模体与特定的功能相关，如与
DNA结合；许多模体并没有专一的生物功能，只是
大结构和组装体的一个组成部分
结构模体(motif，structural motif）
▪ αα模体 ▪ ββ模体（发夹式β模体） ▪ βαβ模体 ▪ 反平行β层回纹模体 ▪ 螺旋ຫໍສະໝຸດ Baidu转折-螺旋模体
αα
▪ αα：常为两股平行或反平行的右手螺旋段缠绕
连接肽的残基全部为亲水的，它们 所有的残基都在蛋白质分子的表面。
氢键模式的分析
▪ 超二级结构中氢键模式的分析
➢主要研究连接肽之间的氢键的形成情
况
➢应用：根据研究结果可以建立模型，
进行结构预测等
结构域(domain)
▪ 概念： 二级结构和结构模体以特定的
方式组织连接，在蛋白质分子中形成两 个或多个在空间上可以明显区分的三级 折叠实体，称为结构域(domain)